Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти - Аварийных разливов

Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти

Таблица 31

^ Производительность скиммеров



Тип

скиммера

Производительность, куб. м/ч, при сборе

Дизельное топливо

Сырая легкая нефть

Тяжелая сырая нефть

Мазут М100

Содержание нефти в собранной смеси

Олеофильные скиммеры

Дисковый, малый

0,4-1

0,2-2







80-95

Дисковый, большой




10-20

10-50




80-95

Щеточный

0,2-0,8

0,5-100

0,5-20

0,5-20

80-95

Цилиндровый, большой




ю-зо







80-95

Цилиндровый, малый

0,5-5

0,5-5







80-95

Тросовый




2-20

2-10




75-95

Пороговые скиммеры

Пороговый, малый

0,2-10

0,6-5

2-10




20-80

Пороговый, большой




30-100

5-10

3-5

50-90

Передвижной

1-10

5-30

5-25




30-70

Следует учесть, что расчетная производительность сбора конкретных скиммеров достигается, только если пленка нефти имеет толщину по­рядка 10 мм (производительность сбора нефти будет равна 100%), то есть нефть после разлива была сразу же ограждена бонами. На практике такие случаи относительно редки, нефть успевает растечься на большой площади и толщина пленки обычно составляет 0,5-5 мм (это не отно­сится к высокопарафинистым сырым нефтям и мазутам, толщина плен­ки которых на воде может быть более 10 см). В этом случае реальная производительность сбора нефти резко падает. Кроме того, на произво­дительность сбора влияют также неблагоприятные погодные условия, при которых обычно происходят аварии.

Поэтому для реальных условий ведения ЛРН производительность сбора разлитой нефти принимается равной 10-15% производительности насо­са скиммера. Производительность сбора будет зависеть также от скорос­ти траления, ширины полосы траления и толщины пленки нефти.

Достижению высокой скорости сбора препятствует ряд физических ограничений, которые трудно преодолеть. Олеофильные, основанные на сорбционном принципе действия скиммеры, работая самостоятельно, могут успешно производить сбор нефти при относительно высокой скорости передвижения (2-5 узлов), однако их ширина захвата небольшая. Ши­рина захвата может быть увеличена путем присоединения к скиммеру бонов. Но при этом скорость траления резко снижается до 1 узла и ме-

301

^ Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

нее. В большинстве случаев ордер, состоящий из бонов и скиммера, мо­жет эффективно работать в диапазоне скорости 0,75-1,0 узла. Поэтому скорость траления может быть увеличена только за счет увеличения ширины захвата, то есть длины бонов. Траление нефти обычно проводят ордерами, построенными в виде U-, V- и J-конфигурации.

Длина бонов, буксируемых в виде U-конфигурации, обычно не превы­шает 250 м, при этом ширина траления будет около 100 м. В некоторых случаях (при благоприятных гидрометеоусловиях, наличии соответствую­щих судов и прочных бонов) длина бонов может быть увеличена до 500— 600 м, при этом ширина захвата будет составлять порядка 150-200 м (из-за низкой маневренности таких систем они применяются очень редко).

На практике нефть будет растекаться и в процессе ее сбора. Кроме того, проход нефтесборной системы через пятно нефти не будет озна­чать, что позади нее останется чистая поверхность воды, так как под действием ветра и течений нефть будет продолжать распространяться и вновь покроет очищенную поверхность. Поэтому все расчеты по силам и средствам ЛРН, необходимых для обеспечения адекватного реагирова­ния на бассейне, могут служить, в основном, для ориентировочного пла­нирования их минимального количества.

Для планирования требований, предъявляемых к вместимости храни­лищ под собранные жидкости необходимо определить общий объем воды с нефтью, собираемой ежесуточно (или ежечасно в случае небольших разливов):

^ Общий объем воды с нефтью = = Скорость сбора х Продолжительность дневных работ.

В результате расчета по данной формуле получается величина, равная объему воды и нефти, который скиммеры будут собирать ежесуточно (а для небольших разливов - ежечасно) и общая вместимость хранилищ, которую необходимо обеспечить.

При использовании нефтесборщиков (скиммеров) порогового типа предусматриваются емкости, рассчитанные на прием нефтеводяной сме­си, содержащей примерно 10% нефти и 90% воды, то есть при разливе 1000 тонн нефти следует предусмотреть танкер и т.п. общей емкостью не менее 10 000 тонн.

Вместимость должна быть также определена для каждого из типов хранилищ в отдельности. Хранилища должны быть совместимы с типа­ми планируемых работ по сбору с тем, чтобы размещаемые на воде и суше хранилища соответствовали глубине воды, морским условиям, ус­ловиям рабочей зоны, типу остатков, требуемым транзитам и погрузоч-но-разгрузочным работам.

Скорость сбора воды с нефтью определяется типом нефти, площадью поверхности и толщины пятна, производительностью скиммеров. Произ-

302

Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти

водительность мобильных скиммеров может быть оценена количествен­но с использованием таких параметров, как «скорость сбора», «процент собранной нефти», а также «темпы захвата».

«Темп захвата» - площадь, покрываемая скиммером за единицу вре­мени, обычно выражается в кв. миля/час (морские квадратные мили в час) и рассчитывается по формуле:

^ Темпы захвата = Скорость сбора х Ширина охвата.

«Скорость сбора» - скорость перемещения скиммера при сборе и «ши­рина охвата» - ширина горловины скиммера или отражающих бонов, прикрепленных к нему, выраженная в футах или метрах. Темпы захвата по существу определяют, какой срок понадобится любому данному ским-меру для охвата данной площади.

Данный подход может быть использован для определения количества мобильных скиммеров и в течение какого периода времени они будут работать по очистке от нефтяного пятна с учетом эмульгирования, испа­рения и естественной дисперсии нефти.

Тип и количество скиммеров рассчитывается на основании способ­ности скиммеров удалять определенное количество разлитой эмульсии нефти.




303


Площадь, покрытая пленкой определенной средней толщины, исполь­зуется в качестве основы для определения типа и количества необходи­мых скиммеров.

^ Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

Когда боновые заграждения применяются для увеличения ширины трала, скорость сбора уменьшается обычно до 0,25-0,5 м/сек (0,5-1,0 узла). Однако самоходные системы сбора работают с учетом нулевой относительной скорости между заборным механизмом и пятном, которое может двигаться без бонового заграждения со скоростью несколько уз­лов и более. Это происходит за счет ширины трала.

Насосы для мобильных систем обычно входят в состав скиммера. В то время как самоходные суда, такие, как прибрежные танкеры и нефтя­ные баржи, обычно снабжены оборудованием для разгрузки, баржи, ис­пользуемые для очистных работ, могут не иметь таких устройств. В слу­чае наличия барж или других самоходных судов, используемых для пе­ревозки вязких нефтей, необходимо подбирать типы насосов, удовлетворяющих поставленным требованиям.

Для сбора нефти с помощью специальных судов (нефтесборщики), ис­пользуют технологию, именуемую «скимминг», что в переводе с английс­кого означает «снятие пенок». Они оснащаются раздвижными консолями на поплавках, как бы сгребают нефть с поверхности воды. Эта система, основанная на применении раздвижных поплавковых устройств, подчиня­ется волнению на море. Иными словами, такое судно старается с помо­щью своих раздвижных плавучих консолей как можно более точно повто­рять форму волн и при этом как бы соскребать нефтяное пятно с подвиж­ной поверхности воды. Нефть поступает в сточные колодцы, где расположены винтовые насосы. Эти насосы напоминают огромную мясо­рубку: вращающиеся шнеки - непрерывные винтовые лопасти - затягива­ют густую вязкую нефтяную массу с поверхности воды внутрь судна и по трубопроводу направляют в специальные баки. Эти баки оборудованы на­гревательным устройством, которое позволяет доводить их температуру до 90 градусов Цельсия. В результате нагрева нефть становится более те­кучей, и ее легче перекачивать в нефтесборники на берегу. Однако эта технология эффективна лишь при малом волнении на море. При высоте волн более 2 метров, суда-скиммеры бесполезны.

Механическими средствами на воде, как утверждают специалисты, удается собрать не более 20% от общего количества разлитой нефти. Они практически бесполезны в штормовую погоду и при сложных гидроме­теоусловиях.

В случае волнения и низких температурах нефтемусоросборщики не смогут обеспечить номинальные режимы сбора нефти с поверхности воды из-за ее вязкости и малой текучести. В результате волнения моря нефть переходит в состояние эмульсии, причем эта эмульсия обладает высокой вязкостью и сложнее распадается на фракции, то есть практически не подвергается биоразложению. Процесс эмульгирования существенно уве­личивает объем нефтесодержащих продуктов, что серьезно осложняет проведение работ по ликвидации и утилизации водонефтяной смеси.

304

^ Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти

Применение диспергентов

Одним из методов уничтожения нефтяной пленки в тех случаях, ког­да она угрожает катастрофическим загрязнением приоритетных зон, яв­ляется ее диспергирование с помощью специальных препаратов - дис­пергентов [67, 71, 82, 91].

В России к применению допускаются диспергенты, разрешенные Мин­здравом России и зарегистрированные в Российском Реестре потенци­ально опасных химических и биологических веществ. Применение дис­пергентов должно быть санкционировано Госкомрыболовством России и МПР России.

Диспергенты особенно эффективны, если с момента разлива нефти прошло не более 72 часов и температура окружающей среды выше 5°С. Диспергенты не рекомендуется применять на мелководье на глубинах менее 10 м.

Диспергаторы ускоряют скорость естественного диспергирования, сни­жают «барьер» (натяжение), который препятствует образованию очень мелких каплей под воздействием волн. При использовании диспергато-ров образуется гораздо больше мелких нефтяных каплей. Нефти перехо­дят в дисперсное состояние быстрее при сильном волнении. Высоковяз­кие нефти труднее поддаются диспергированию.

Диспергаторы надлежит применять быстро и точно. Они могут нано­ситься с судов, вертолетов и самолетов, при этом распыление с самолета представляет наилучший метод при больших разливах нефти.

При использовании воздушных судов больших размеров поверхность нефтяного пятна может быть обработана в 40 раз быстрее, чем при ис­пользовании самых больших и высокопроизводительных нефтесборщи­ков. Кроме того, применение диспергентов с воздуха позволяет распы­лять их в штормовую погоду, когда невозможно использование средств механического сбора нефти. Ключевым соображением является обработ­ка наиболее утолщенных частей нефтяного пятна применением доста­точного количества диспергента. В общем случае применение одной час­ти диспергента приводит к диспергированию от 20 до 30 частей нефти.

Сильное волнение моря способствует быстрому перемешиванию и раз­бавлению диспергированной нефти. В условиях сильного волнения от­ношение диспергента к нефти уменьшается до одной сотой.

За последних 30 лет диспергенты успешно применялись более чем на 70 разливах нефти. Частота их применения устойчиво возрастает в девя­ностых годах.

При разливе с танкера «Си Эмпресс» у побережья Уэльса в 1996 года в результате диспергирования было предотвращено попадание на бере­говую линию более 80% неиспарившейся нефти (около 35 000 тонн). Последующие исследования показали, что чистый эффект от примене­ния диспергентов оказался положительным для окружающей среды, в

305

^ Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

частности, для морских птиц, прибрежных видов болотных птиц в при­ливных зонах и на пляжах.

Решение о применении диспергентов принимается после проведения оценки чистой экологической выгоды (ответа на вопрос, нанесет ли не-диспергированная нефть больший или меньший ущерб окружающей среде по сравнению с диспергированной химическими препаратами).

Допускается применение только препаратов имеющих сертификаты и нормативно-техническую документацию одобренные Госкомэкологией, Росрыбводом и Госсанэпиднадзором.

Применение сорбентов

Использование нефтяных сорбентов аналогично применению других порошкообразных сорбентов. При ликвидации нефтяных загрязнений водной поверхности прежде всего производят локализацию разлившейся нефти или нефтепродуктов бонами, что является обязательным при лю­бой технологии очистки. Затем производят нанесение сорбента на за­грязненную поверхность любым механизированным или ручным спосо­бом до полного поглощения нефтяной пленки и образования плавучего конгломерата. После этого производят стягивание бонового заграждения, концентрируя сорбент с поглощенной нефтью вблизи места, удобного для сбора, и тем или иным образом удаляют отработанный сорбент с поверхности воды [35, 97].

Резерв времени для локализации нефтяного разлива без существен­ного ущерба окружающей среде, в зависимости от погодных условий, обычно не должен превышать 24-72 часов с момента аварии. Использо­вание при ликвидации нефтяного загрязнения порошковых сорбентов, сохраняющих плавучесть в течение длительного периода времени, по­зволяет значительно увеличить резервы времени для проведения подго­товительных мероприятий и сбора нефти.

При сборе нефти на воде могут применяться крупные конструкции сорбционно-заградительных бонов длиной 5 метров, состоящие из не­тканого сорбента, элемента, обеспечивающего плавучесть, и сетки, при­дающей конструкции необходимую форму. Боны легко соединяются между собой и образуют заграждения, ограничивающие нефтяное пятно и пре­пятствующие его распространению по поверхности воды или почвы. С помощью бонов огражденное пятно разлива буксируется к урезу воды и концентрируется для последующего сбора, одновременно сорбируя нефть. Боны обладают плавучестью даже в состоянии полного насыщения неф­тепродуктами.

Биосорбент может применяться как автономно, так и в сочетании с традиционными средствами механического сбора. Распыление биосорбе-нотов с судов ограничивается погодными условиями. Применение био­сорбентов с помощью авиации позволяет начинать ликвидацию аварии

306

^ Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти

при ветре до 25 м/сек, т.е. немедленно после разлива даже в штормовых условиях. Важно, что процесс биодеструкции нефти идет также в дон­ных отложениях и береговой зоне, в том числе и в анаэробных условиях.

Тактика и технология применения биосорбентов с использованием вертолета отражены на рис. 26.

По неполным сведениям только в последние годы биосорбенты широ­ко применялись для борьбы с разливами нефти на воде:



Рис. 26. Тактика и технология применения биосорбента при разливе нефти

307

Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

Контролируемое сжигание нефти

Пролитую сырую нефть в принципе можно сжечь, однако при об­разовании тонкой нефтяной пленки на водной поверхности, горение прекращается из-за теплоотвода в толщу воды. Кроме того, разлитая нефть быстро теряет легкие, наиболее горючие фракции. Поэтому для осуществления контролируемого сжигания разлитой нефти первона­чально производится локализация нефтяного разлива, утолщение слоя нефти (до нескольких сантиметров) с целью ее последующего поджога и сжигания.

Более легкие и летучие нефти могут быть подвержены возгоранию сразу же после разлива. Эти характеристики склонят чашу весов в пользу сжигания на месте - вариант ликвидации, обладающий потен­циалом удаления значительных количеств нефти с поверхности моря, но который также породит обильный черный дым и небольшое коли­чество стойкого осадка.

К середине 80-х годов метод сжигания аварийно разлитой нефти на месте был признан надежным при условии удержания пятна нефти до­статочной толщины на месте. В 1988 году на открытой воде у берегов Норвегии были проведены успешные испытания: 80 м нефти удержива­ли огнеупорным боном длиной 91 м и подожгли с помощью желеобраз­ного газолина. За 30 минут 95% нефти было уничтожено.

В 1989 году на второй день после аварии танкера «Эксон Валдиз» 4800 м нефти выгорели за 45 минут на 98% (поверхностный воспламе­нитель подплыл к огражденному пятну и поджег его). В августе 1993 года более 25 агентств из Канады и США провели успешные испытания у берегов Канады по сжиганию на месте аварийно разлитой нефти. Уча­ствовало 20 судов, 7 самолетов, 230 человек, затраты составили 7 млн долл. США, сожгли более 3200 м нефти. Получается, что на сжигание 1 м нефти было затрачено более двух тысяч долларов США.

В 1996 году на Северном море были проведены два отдельных сжига­ния нефти на месте с использованием огнеупорных боновых загражде­ний, вертолетного факела и желеобразного газолина, при этом было сож­жено 640 м3 нефти.

308

^ Глава 5. Технологии и средства ликвидации разливов нефти

В качестве альтернативного метода уничтожения нефтяной пленки предлагается использование лазерного излучения с длиной волны 10,6 мкм. Такое излучение относительно слабо поглощается нефтью и нефтепродуктами и сильно поглощается водой. Характерная глубина проникновения лазерного излучения с указанной длиной волны для нефти различных сортов составляет 100-300 мкм, а для воды - поряд­ка 10 мкм.

Российским ученым впервые в мире удалось создать относительно недорогой в эксплуатации мощный электроионизационный СО2 - лазер, работающий на потоке атмосферного воздуха. Лазерное излучение ха­рактеризуется не только тепловым воздействием на материалы, но обла­дает целым рядом уникальных физических свойств. Это, например, вы­сокое оптическое качество потока излучения, его когерентность и моно­хроматичность. Использование именно этих уникальных свойств лазерного луча открывает замечательные технологические перспективы. Речь идет о создании мобильных установок для лазерной очистки водной поверх­ности от нефтепродуктов.

Механизм метода лазерной очистки заключается в следующем. Лазер­ное излучение сильнее всего поглощается тонким слоем воды, который непосредственно примыкает к нефтяной пленке, поэтому вода в этом слое быстро нагревается и переходит в состояние метастабильности. Про­исходит парообразующий взрыв метастабильно перегретой воды и раз­рывается тепловой контакт нефти и воды, который препятствует горе­нию нефтяной пленки в обычных условиях. Нефтяная пленка подбрасы­вается вверх и дробится на фрагменты. Капли нефти подбрасываются на высоту 30-40 см, смешиваются с атмосферным воздухом и образуют го­рючую смесь. Происходит самовоспламенение смеси, и капли нефтяного загрязнения сгорают в воздухе

При ликвидации аварий, связанных с разливом нефтепродуктов, та­ким способом можно эффективно и быстро удалять нефтесодержащие пленки практически любого состава и толщины. Только применение ла­зера позволяет проводить полную очистку поверхности воды от тонких «радужных» пленок, что недостижимо другими известными способами. При использовании лазерной технологии можно проводить очистку вод­ной поверхности со значительных расстояний, например, с берега.

Лазерный способ очистки может быть с успехом использован на за­вершающей стадии обработки поверхности нефтяного разлива после при­менения механического или химического способов сбора толстых пле­нок, а также для очистки водоемов-плантаций морепродуктов или жем­чужных факторий, береговой кромки и гидротехнических сооружений. Опыты показали, что скорость очистки слабо зависит от состава и вяз­кости нефтепродуктов, а также от угла падения лазерного излучения на поверхность воды.

309

^ Предупреждение и ликвидация аварийных разливов нефти и нефтепродуктов

Специалисты российского ВПК разработали проект плавучего ком­плекса, использующего лазерную технологию при очистке «внутрен­них» водоемов (рек, водохранилищ, портов) и прибрежных акваторий морей от разливов нефти и нефтепродуктов. При этом вред окружаю­щей среде практически не наносится, так как лазерному воздействию при удалении пленки подвергается очень тонкий слой воды (10-20 мкм) за сотые доли секунды, а продукты испарения перед выпуском в атмо­сферу очищаются. Производительность такого комплекса при дистан­ционном сжигании (до 100 м) нефтяной пленки при толщине 5 мм составляет 500 м /час.

Весьма перспективным выглядит применение новой технологии и с финансовой точки зрения. Стоимость одних судно-суток при ликвида­ции аварийных разливов нефти механическим способом составляет око­ло 3 тыс. долларов, а эксплуатации лазерного комплекса обойдется в несколько сотен долларов за сутки. Затраты на сбор 1 тонны нефти ме­ханическим способом оцениваются в 200-400 долларов, а работы с ис­пользованием лазерной технологии - примерно вдесятеро дешевле. По законодательствам ряда стран, финансовая ответственность за тонну раз­литой нефти составляет 4-10 тыс. долларов, в России - 20 тыс. рублей. Путем несложных вычислений можно подсчитать, что создание и эксп­луатация плавучего комплекса, способного утилизировать, скажем, 20 тонн нефти в сутки при себестоимости 20 долларов за тонну, будут в десятки раз дешевле, чем выплата штрафных санкций.


0491908417292184.html
0492010260178856.html
0492109954182846.html
0492298135888053.html
0492451058157272.html